ОГЛАВЛЕНИЕ Перейти к другим разделам:
1.01 - 1.05 …
1.16 - 1.23
Справочник по физики для ОГЭ. Версия для ознакомления перед покупкой.
Механические явления (коды ОГЭ 1.6 — 1.15)
СОДЕРЖАНИЕ:
1.6. Масса. Плотность вещества. Формула для вычисления плотности
1.7. Сила — векторная физическая величина. Сложение сил
1.8. Явление инерции. Первый закон Ньютона
1.9. Второй закон Ньютона. Сонаправленность вектора ускорения тела и вектора силы, действующей на тело
1.10. Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона
1.11. Трение покоя и трение скольжения. Формула для вычисления модуля силы трения скольжения
1.12. Деформация тела. Упругие и неупругие деформации. Закон упругой деформации (закон Гука)
1.13. Всемирное тяготение. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Ускорение свободного падения. Формула для вычисления силы тяжести вблизи поверхности Земли. Искусственные спутники Земли
1.14. Импульс тела — векторная физическая величина. Импульс системы тел
1.15. Закон сохранения импульса для замкнутой системы тел. Реактивное движение
Вы смотрели Справочник по физики «Механические явления (коды ОГЭ 1.6 — 1.15)». Выберите дальнейшее действие:
OCR-версия настоящей страницы (только текст)
Механические явления (коды ОГЭ 1.6 — 1.15). 1.6. Масса. Плотность вещества. Формула для вычисления плотности Инертность – свойство различных материальных объектов приобретать разные ускорения при одинаковых внешних воздействиях со стороны других тел. Свойство инертности проявляется в том, что для изменения скорости тела необходимо время. Чем труднее изменить скорость тела, тем оно инертнее. Масса – скалярная положительная величина, являющаяся мерой инертности тела (традиционные обозначения – m, М). Чем инертнее тело, тем больше его масса. Единица измерения массы в СИ – килограмм (кг). Наиболее употребляемые производные единицы: 1 мг = 10–6 кг, 1 г = 10–3 кг, 1 т = 103 кг. Плотность – скалярная физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму: p = m/V. Одна из основных характеристик вещества, из которого сделано тело (табличная величина). Физический смысл: плотность численно равна массе 1 м3 однородного вещества. Единица измерения плотности в СИ: |р| = кг/м3. Наиболее часто употребляемая производная единица: Масса аддитивна, то есть масса тела равна сумме масс его частей: . Массу можно определить: – по взаимодействию с эталоном: , где аэ – ускорение эталона при его взаимодействии с другим телом известной массы; – по известной плотности и объёму: m = р V; – путём взвешивания на весах. 1.7. Сила – векторная физическая величина. Сложение сил Опыты по изучению взаимодействия тел устанавливают, что . Поэтому за меру действия на данное тело другого тела принимается сила – физическая величина, равная произведению массы данного тела на ускорение, приобретённое им в результате взаимодействия с другим телом: , где F – векторная физическая величина, являющаяся мерой взаимодействия тел. Единица измерения силы в СИ – ньютон (Н); сила равна одному ньютону, если под действием этой силы тело массой 1 кг приобретает ускорение 1 м/с2: Для характеристики силы надо знать: 1) модуль; 2) направление; 3) точку приложения. Внимание! Векторы ускорения и силы всегда сонаправлены! Принцип суперпозиции (сложения) сил: Если на данное тело действуют одновременно несколько других тел силами и т.д., то результат их совместного действия таков, как будто на тело действует одна (равнодействующая) сила; её чаще всего обозначают R и она равна векторной сумме всех действующих на тело сил: Внимание! Складывать можно только силы, приложенные к одному телу! Силу можно рассчитать: 1) как произведение массы тела на сообщаемое ему ускорение; 2) с помощью частных законов, характеризующих особенности отдельных сил. Силу можно измерить динамометром. 1.8. Явление инерции. Первый закон Ньютона Первый закон динамики постулирует существование инерциальных систем отсчёта, относительно которых выполняются другие законы динамики. Первый закон Ньютона: Существуют такие системы отсчёта (СО), относительно которых материальная точка сохраняет своё состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока остаётся изолированной (то есть на неё не действуют другие тела или их действия скомпенсированы: ). Явление сохранения скорости телом при отсутствии или компенсации внешних воздействий называется инерцией. Системы отсчёта, относительно которых выполняется первый закон Ньютона, называются инерциальными системами отсчёта (ИСО). Свойство ИСО: все СО, движущиеся прямолинейно и равномерно относительно данной ИСО, тоже являются инерциальными. СО, движущиеся относительно любой ИСО с ускорением, являются неинерциальными. Внимание! При решении стандартных динамических задач система отсчёта, связанная с Землей, считается инерциальной. Принцип относительности Галилея: Все инерциальные системы отсчёта равноправны: законы механики одинаковы во всех ИСО. 1.9. Второй закон Ньютона. Сонаправленность вектора ускорения тела и вектора силы, действующей на тело Второй закон Ньютона: Равнодействующая сил, приложенных к телу, равна произведению массы этого тела на сообщаемое ему ускорение: . Второй закон Ньютона справедлив для сил любой природы. При этом следует помнить, что сила (равнодействующая сил) определяет только ускорение тела. Величины скорости и перемещения могут быть любыми в зависимости от начальных условий. Внимание! Направление ускорения всегда совпадает с направлением равнодействующей силы R! Внимание! Под действием постоянной силы тело движется равноускоренно: Внимание! Основная модель при решении динамических задач с помощью второго закона Ньютона – материальная точка. Все силы считаются приложенными к одной точке – центру масс. 1.10. Взаимодействие тел. Третий закон Ньютона Третий закон Ньютона: Любые два тела взаимодействуют силами одной природы, направленными вдоль одной прямой, равными по величине и противоположными по направлению: , где F12 – сила, с которой первое тело действует на второе, a F2l – сила, с которой второе тело действует на первое. Внимание! Две силы, возникающие при взаимодействии, приложены к разным телам, поэтому их нельзя складывать! Они не могут уравновешивать друг друга! Третий закон Ньютона часто используется для расчёта сил, действующих на одно из двух взаимодействующих тел, если известны силы, действующие на другое тело. 1.11. Трение покоя и трение скольжения. Формула для вычисления модуля силы трения скольжения Сила трения возникает при движении одного тела по поверхности другого. Существуют следующие виды сил трения. 1. Сила трения покоя. Возникает в ситуации возможного движения одного тела по поверхности другого и направлена вдоль поверхности соприкосновения, против направления возможного движения. Сила трения покоя саморегулирующаяся – может принимать любые значения от 0 до максимального: . Внимание! Сила трения покоя имеет важную особенность – она может не только препятствовать возможному движению, но и обеспечивать это движение. Например, при ходьбе поверхность обуви взаимодействует с поверхностью дороги – они «отталкиваются» друг от друга. При этом в соответствии с третьим законом Ньютона возникают две силы взаимодействия – силы трения покоя. Одна из них действует на поверхность дороги, другая – на поверхность обуви, обеспечивая тем самым движение пешехода. 2. Сила трения скольжения. Возникает при движении тела по поверхности другого тела, направлена в сторону, противоположную направлению вектора скорости движущегося тела. Внимание! При решении стандартных физических задач принимается, что максимальная сила трения покоя равна силе трения скольжения и рассчитывается по формуле Fтр = μ N, где N–сила реакции опоры; μ – коэффициент трения. Коэффициент трения – это безразмерная величина. Он зависит от свойств соприкасающихся поверхностей и не зависит от силы давления (соответственно, и от силы реакции опоры, так как это силы, описываемые третьим законом Ньютона) и от площади соприкасающихся поверхностей. 1.12. Деформация тела. Упругие и неупругие деформации. Закон упругой деформации (закон Гука) Деформация – изменение формы или объёма тела под действием внешних сил. Деформация может быть упругая или неупругая. Упругая деформация – деформация, при которой после прекращения действия силы размеры и форма тела полностью восстанавливаются. Изменение длины тела l = l – l0, где l0 – начальная длина недеформированного тела, l – длина деформированного тела, принято называть величиной деформации. Величина деформации – это скалярная физическая величина, которая может быть и положительной (тело растягивается), и отрицательной (тело сжимается). Сила упругости направлена против смещения частей тела при деформации, возникает в деформируемом теле, но приложена к тому объекту, действием которого вызвана деформация. Закон Гука: Для малых деформаций модуль силы упругости прямо пропорционален величине деформации: Fупр = k |l|, где коэффициент пропорциональности k называется жёсткостью. Единица измерения жёсткости в системе СИ: Н/м. Жёсткость зависит от материала, формы и размеров деформируемого тела. Внимание! Если тело отсчёта выбранной ИСО расположить у свободного конца деформируемого тела, то при его деформации координата этого конца тела равна величине деформации. Тогда формула закона Гука, записанного для проекции силы упругости, принимает вид: Fупр.x = –kх. Знак «минус» в этом случае указывает на то, что сила упругости направлена в сторону, противоположную смещению частей тела при деформации. Величины деформаций, для которых справедлив закон Гука, определяются экспериментально для каждого деформируемого тела. Внимание! Линейная зависимость между модулем силы упругости и удлинением пружины (закон Гука) лежит в основе способа измерения силы с помощью динамометра. При этом модуль измеряемой силы равен силе упругости пружины, которая, в свою очередь, рассчитывается по величине деформации. Для правильного измерения силы, растягивающей пружину динамометра, необходимо, чтобы во время измерения динамометр находился в покое или двигался прямолинейно и равномерно! Только в этом случае модуль измеряемой силы и модуль силы упругости равны друг другу. Частные случаи силы упругости 1. Сила реакции опоры N: возникает при деформации опоры, приложена к телу, деформирующему опору, и направлена перпендикулярно поверхности опоры. 2. Сила натяжения (нити, сцепки) Т: возникает в нити, приложена к телу, действие которого вызывает деформацию нити, и направлена вдоль нити в сторону, противоположную деформации. Внимание! При решении задач часто используется физическая модель «невесомая нерастяжимая нить». Если нить невесома, то она не рассматривается в качестве отдельного тела, для неё не пишется уравнение движения. Условие невесомости приводит также к тому, что силы упругости, возникающие в нити и приложенные к двум связанным телам, равны по модулю (исключение могут составлять задачи, в которых нить перекинута через весомый блок). Нерастяжимость нити приводит к тому, что связанные ею тела движутся с одинаковым по модулю ускорением. 1.13. Всемирное тяготение. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Ускорение свободного падения. Формула для вычисления силы тяжести вблизи поверхности Земли. Искусственные спутники Земли Закон всемирного тяготения не объясняет причин тяготения, а только устанавливает количественные закономерности. Закон всемирного тяготения (И. Ньютон, 1667 г.): Тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: , где F – сила тяготения, m1 и m2 – массы взаимодействующих тел, r – расстояние между телами (центрами масс), G – гравитационная постоянная . Закон справедлив для: 1) материальных точек; 2) однородных шаров и сфер; 3) концентрических тел. Физический смысл гравитационной постоянной G: гравитационная постоянная G численно равна модулю силы тяготения, действующей между двумя точечными телами массой по 1 кг каждое, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга. Гравитационная постоянная G очень мала, и гравитационное взаимодействие существенно только при больших массах взаимодействующих тел. Внимание! Силы притяжения – центральные. В соответствии с третьим законом Ньютона: . Сила тяжести – частный случай силы всемирного тяготения. Рассмотрим взаимодействие планеты и тела (по сравнению с планетой тело можно считать материальной точкой). Изображённая на рисунке сила F12 – сила притяжения тела к планете, которая и называется силой тяжести. Применительно к ней формулу закона всемирного тяготения можно записать так: , где m – масса тела, М – масса планеты, г –расстояние между телом и центром планеты, g – ускорение свободного падения. Тогда для ускорения свободного падения получаем: . Если обозначить через R радиус планеты, а через h –расстояние до тела от поверхности планеты, то Сила тяжести и ускорение свободного падения направлены к центру масс планеты (перпендикулярно сферической поверхности планеты в данной точке). Ускорение, сообщаемое телу силой тяжести (ускорение свободного падения), зависит от: – массы планеты; – радиуса планеты; – высоты над поверхностью планеты; – географической широты (на Земле на полюсах g ~ 9,83 м/с2, на экваторе g ~ 9,79 м/с2); – наличия полезных ископаемых. Внимание! Ускорение силы тяжести (свободного падения) не зависит от массы и других параметров тела! Внимание! При решении задач ускорение силы тяжести (свободного падения) принимается равным 10 м/с2. 1.14. Импульс тела – векторная физическая величина. Импульс системы тел Импульс тела (количество движения) р – векторная физическая величина, численно равная произведению массы тела на его скорость: . Единицы измерения в СИ: . Импульс механической системы равен геометрической сумме импульсов всех тел системы. Внимание! Вектор импульса тела всегда сонаправлен с вектором скорости тела. Внимание! Вектор импульса силы всегда сонаправлен с вектором силы. Рассмотрим второй закон Ньютона для случая равноускоренного движения: , следовательно, . Или сила равна отношению изменения импульса тела к промежутку времени, в течение которого эта сила действовала , или сила равна изменению импульса тела за 1 с. 1.15. Закон сохранения импульса для замкнутой системы тел. Реактивное движение Закон сохранения импульса тела: Геометрическая (векторная) сумма импульсов взаимодействующих тел, составляющих замкнутую систему, остаётся неизменной: . Система реальных тел может рассматриваться как замкнутая, если: – действие на систему внешних тел пренебрежимо мало; – действия на систему внешних тел скомпенсированы; – рассматриваются изменения, происходящие в системе в течение такого малого промежутка времени, что действие внешних тел не успевает существенно изменить состояние системы. Если система тел не замкнута, то изменение суммарного импульса системы тел равно импульсу внешней результирующей силы: . Примеры применения закона сохранения импульса: 1) любые столкновения тел (биллиардных шаров, автомобилей, элементарных частиц и т. д.); 2) движение воздушного шарика при выходе из него воздуха и другие примеры реактивного движения; 3) разрывы тел, выстрелы и т. д. Реактивное движение – движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определённой скоростью относительно тела. Например, движение ракеты. Если представить, что всё топливо вытекает одновременно, то согласно закону сохранения импульса в проекции на координатную ось: Mʋ – mu = 0 или . Здесь m – масса топлива, М – масса ракеты, ʋ – скорость, приобретаемая ракетой, u – скорость истечения топлива.
